Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora ( Politechnika Warszawska ).pdf

Zakład Napędów Wieloźródłowych

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie M3 - instrukcja

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego

i transformatora

Data wykonania ćwiczenia................................................................................

Data oddania sprawozdania...............................................................................

Zespół wykonujący ćwiczenie:

Nazwisko i imię ocena końcowa

1. .............................................................

.........................

2. .............................................................

.........................

3. .............................................................

.........................

4. .............................................................

….....................

5. .............................................................

.........................

6. .............................................................

.........................

7. .............................................................

.........................

8. .............................................................

.........................

9. .............................................................

.........................

10. .............................................................

.........................

Wydział SiMR PW

Rok ak. 20.../20...

Semestr...............

Grupa.................

Warszawa 2007r.

SPIS TREŚCI

1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA.................................................................................................... 2

2. SILNIK INDUKCYJNY JEDNOFAZOWY - WYBRANE ZAGADNIENIA ......................... 2

3. TRANSFORMATOR - WYBRANE ZAGADNIENIA.............................................................. 5

4. LITERATURA POMOCNICZA ............................................................................................... 11

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania silnika indukcyjnego

jednofazowego. Przeprowadzone badania laboratoryjne umożliwią analizę wpływu napięcia

zasilania na parametry eksploatacyjne silnika w zależności od zmian obciążenia. W drugiej

części ćwiczenia elementem badanym jest transformator. Pomiary laboratoryjne dotyczą

podstawowych parametrów elektrycznych: napięć, prądów, mocy, cosφ dla różnych stanów

pracy transformatora. Analiza otrzymanych wyników umożliwi wyznaczenie parametrów

znamionowych urządzenia; m.in. przekładni, strat w żelazie w stanie jałowym, napięcia

zwarcia, strat mocy w miedzi w stanie zwarcia.

2. Silnik indukcyjny jednofazowy - wybrane zagadnienia

Silnik indukcyjny jednofazowy składa się ze stojana i wirnika. Nieruchomy stojan jest

wykonany z izolowanych wzajemnie blach stalowych, charakteryzujących się wyciętymi

żłobkami na swym wewnętrznym obwodzie. W obszarze 2/3 wszystkich żłobków stojana jest

umieszczone uzwojenie główne (robocze) silnika, natomiast w pozostałej części znajduje się

nawinięte uzwojenie fazy pomocniczej (rozruchowej). Wirnik wykonany jest w formie klatki

dla silników małych mocy lub pierścieni dla silników dużej mocy.

Uzwojenie główne zasilane jest wyłącznie napięciem jednofazowym - źródło prądu

sinusoidalnie zmiennego, wytwarzające w stojanie strumień magnetyczny, zmienny się

w czasie, w takt zmian wywołującego go prądu, ale pozostający nieruchomo w przestrzeni.

Wytworzone pole magnetyczne jest polem magnetycznym pulsującym (oscylującym). W tych

warunkach nieruchomy wirnik zachowuje się tak jak uzwojenie wtórne transformatora,

w którym indukuje się SEM powodując przepływ prądu w wirniku.

Rys.1. Uzwojenie silnika jednofazowego: 1- wirnik, 2-stojan, 3-uzwojenie stojana, 4-uzwojenie wirnika;

Schematy połączeń z dławikiem oraz z uzwojeniem pomocniczym i kondensatorem.

W wyniku oddziaływania pulsującego strumienia magnetycznego stojana na

uzwojenia wirnika z prądem powstają siły. Siły te znoszą się wzajemnie, wyniku, czego

wirnik pozostaje nieruchomy – brak momentu napędowego (rozruchowego). Innymi słowy dla

prędkości zero momenty rozruchowe pochodzące od dwóch strumieni są sobie równe M r1 = M r2 ,

ale przeciwnie skierowane.

Rys.2. Moment obrotowy silnika jednofazowego bez fazy rozruchowej.

Brak momentu rozruchowego jest poważną wadą opisanego wyżej silnika. Aby tę wadę

usunąć, stosuje się w stojanie drugie uzwojenie tzw. fazą rozruchową

Obydwa uzwojenia główne i rozruchowe są przesunięte względem siebie w maszynie

dwubiegunowej o kąt 90°. Prądy płynące w tych uzwojeniach powinny być względem siebie

przesunięte w fazie o 1/4 okresu, tzn. ich wektory powinny być przesunięte o 90°. Dla

osiągnięcia tego stosuje się dwa rozwiązania silników jednofazowych klatkowych:

a) silniki z fazą rozruchową kondensatorową;

b) silniki z fazą rozruchową oporową.

Rys.3. Schemat połączeń i wykres wektorowy silnika jednofazowego z kondensatorową fazą rozruchową.

Silniki z fazą rozruchową kondensatorową mają fazę rozruchową przyłączoną do

sieci szeregowo z kondensatorem. Przez fazę główną płynie prąd I 1 opóźniony względem

napięcia o kąt φ 1 , gdyż obwód fazy głównej jest obwodem o charakterze indukcyjnym.

Natomiast prąd I 2 wyprzedza napięcie o kąt φ 2 . Dzięki odpowiedniemu doborowi kondensatora

uzyskujemy przesunięcie fazowe:

+ϕ

Prądy te wytwarzają dwa strumienie magnetyczne przesunięte w przestrzeni o 90 0 i w

fazie o ¼ okresu, których wypadkowa daje pole magnetyczne wirujące, podobnie jak w

silniku trójfazowym. A zatem silnik jednofazowy z fazą rozruchową jest w istocie silnikiem

dwufazowym, zasilanym jednofazowo. Cha-ka mechaniczna, poślizg tego silnika niczym się

nie różnią od charakterystyki mechanicznej i poślizgu silnika klatkowego trójfazowego.

Rys.4. Charakterystyka mechaniczna jednofazowego silnika klatkowego z oporową fazą rozruchową: 1- z

fazą rozruchową, 2-bez fazy rozruchowej.

−

100

n 1 – prędkość synchroniczna,

n – prędkość wirnika,

Silnik jednofazowy z kondensatorem stosowany służy do napędu urządzeń

uruchamianych pod obciążeniem, takich jak kompresory, podnośniki, pompy benzynowe itp.

Silnik jednofazowy z rezystancyjną fazą rozruchową jest powszechnie stosowany do

napędu w pralkach domowych, pompach odśrodkowych, aparatach medycznych, polerkach

i innych urządzeniach niewymagających dużego momentu rozruchowego, charakteryzuje się:

1÷

6 ÷

M r – moment rozruchowy,

M n – moment znamionowy,

I r – prąd rozruchowy,

I n – prąd znamionowy

Zastosowanie kondensatora pozwala na uzyskanie przesunięcia kątowego, ~90 0 dzięki

czemu powstaje kołowe pole wirujące i duży moment rozruchowy:

1 ÷

3 ÷

Rys.5. Charakterystyki robocze silnika indukcyjnego jednofazowego.

3. Transformator - wybrane zagadnienia

Transformator energetyczny - urządzenie elektromagnetyczne statyczne, służące do

przetwarzania energii elektrycznej prądu przemiennego o danym napięciu na energię

elektryczną o innym napięciu.

Rys.6. Budowa transformatora jednofazowego: a) rdzeniowego; b) płaszczowego; 1 - jarzmo, 2 - kolumna,

3 - uzwojenie wysokiego napięcia, 4 - uzwojenie niskiego napięcia

Transformatory mogą pracować jako podwyższające lub jako obniżające napięcie,

w związku z tym mówimy o stronie napięcia górnego i stronie napięcia dolnego.

W transformatorze obniżającym strona napięcia górnego jest stroną pierwotną.

Obwód magnetyczny transformatora stanowi rdzeń, złożony z cienkich blach

stalowych, izolowanych od siebie. Materiałem - stal o dużej zawartości krzemu, w zależności

od właściwości magnetycznych uzyskuje się wąską lub szeroką pętlę histerezy magnetycznej.

Ważnym problemem w transformatorach jest odpowiednie odprowadzenie ciepła,

powstałego w wyniku strat w rdzeniu oraz strat w uzwojeniach miedzianych pierwotnym

i wtórnym, wywołanych przepływem prądu. W transformatorach małej mocy - naturalne

odprowadzanie ciepła na zasadzie konwekcji powietrza i promieniowania. W

transformatorach dużej mocy rdzeń stalowy wraz z uzwojeniami umieszcza się w kadzi

wypełnionej olejem, który oprócz działania chłodzącego izoluje. Ściany kadzi są wyposażone

w użebrowanie rurowe lub radiatory, przez które przepływa poruszany siłami konwekcji

nagrzany olej transformatorowy.

Zasada działania transformatora polega na elektromagnetycznym oddziaływaniu kilku

uzwojeń, niepołączonych ze sobą elektrycznie, a nawiniętych na wspólnym rdzeniu,

(sprzężenie wspólnym strumieniem magnetycznym).

Prąd przemienny I 1 płynący w uzwojeniu pierwotnym, wytwarza przemienny strumień

magnetyczny główny obejmujący uzwojenia pierwotne i wtórne, indukując w nich napięcia.

Rys.7. Zasada działania transformatora jednofazowego.

Napięcie indukowane w uzwojeniu wtórnym jest napięciem źródłowym dla obwodu

tego uzwojenia. Część strumienia wytworzonego przez uzwojenie pierwotne nie obejmuje

uzwojenia wtórnego, gdyż zamyka się wokół własnego uzwojenia - strumień rozproszenia φ r1 .

Jeżeli w obwodzie wtórnym płynie prąd I 2 to wytwarza własny strumień, którego część

odejmuje się od strumienia głównego, zmniejszając jego wartość. Druga część zamyka się

poza obwodem głównym, tworząc strumień rozproszenia φ r2 .

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: